Microstructure and ChargeโDischarge Characteristics of Ag ...
An experimental study on the discharge characteristics of ...
Transcript of An experimental study on the discharge characteristics of ...
1. ์ ๋ก
์ฐ์ง์๋ฌธ์ ์ ์์ง, ๋, ํ์ฒ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋์๋ก์์ ์ ๋์ ์กฐ
์ ํ๊ณ , ์ฉ์๋ฅผ ํ๋ณดํ๊ธฐ ์ํด์ ๋๋ฆฌ ์ฐ์ด๊ณ ์๋ ์๋ฌธ ์ค ํ
๋์ด๋ค. ์ต๊ทผ ์ด์๊ธฐํ๋ก ์ธํ์ฌ ์์ธกํ๊ธฐ ์ด๋ ค์ด ๋๋ฐํธ์ฐ
๊ฐ ์ฆ์์ง๊ณ ์์ด ๋์ด๋ ํ์ฒ์ ์์๋ฅผ ์๋์ผ๋ก ์กฐ์ ํ ์
์๋ ์๋์๋ฌธ์ ํ์์ฑ์ด ํ์ธต ์ปค์ง๊ณ ์๋ค. ์์๋ฅผ ์๋์ผ
๋ก ์กฐ์ ํ๋ค๋ ๊ฒ์ ์ค์ ๋ ๊ด๋ฆฌ์์ ์ดํ์์๋ ์๋ฌธ์ด ๊ฐ๋ฐฉ
๋์ง ์๊ณ , ์ ๋์ด ์ฆ๊ฐํ์ฌ ๊ด๋ฆฌ์์ ์ด์์ด ๋๋ฉด ์๋ฌธ์ด ๊ฐ
๋ฐฉ๋์ด ๊ด๋ฆฌ์์๊น์ง ๋ฐฉ๋ฅํ๊ฒ ๋๋ฉด ๋ค์ ์๋ฌธ์ด ๋ซํ๊ฒ ๋
์ด, ์๋์ผ๋ก ๊ด๋ฆฌ์์๋ฅผ ์ ์งํ๋ค๋ ๊ฒ์ ์๋ฏธํ๋ค. ์ด์ ๊ฐ
J. Korea Water Resour. Assoc. Vol. 51, No. 5 (2018), pp. 405-415 pISSN 1226-6280
doi: 10.3741/JKWRA.2018.51.5.405 eISSN 2287-6138
An experimental study on the discharge characteristics of underflow type
floating vertical lift gate at free-flow condition
Han, Il Yeonga*ใChoi, Heung SikbใLee, Ji HaengaใRa, Sung Mina
aSamhwa Environment and Construction Co., Ltd.bDepartment of Civil Engineering, Sangji University
Paper number: 18-002
Received: 8 January 2018; Revised: 2 February 2018; Accepted: 2 February 2018
Abstract
Hydraulic variables such as discharge coefficient, gate opening, and upstream water depth are required to calculate the discharge of
vertical lift gate. It is very important for a precise gate design, because it may affect the rest, to predict the behavior of gate opening during
operation. In this study, an equation by which gate opening could be predicted with any upstream water depths was derived from the
relation between the calculated value from buoyancy theory and measured one from experiment for a floating gate model. Downpull
force was the reason for the differences between the calculated and the measured and it was verified using pressure coefficient. Also,
the relation of discharge coefficient with gate opening ratios was derived. The derived relations were used for flood routing and it was
realized that downpull force effect should be fully taken into account during gate design.
Keywords: Discharge coefficient, Gate opening, Floating gate, Downpull force, Pressure coefficient
๋ถ๋ ฅ์ ์ฐ์ง์๋ฌธ์ ์์ ํ๋ฆ ์ํ์์ ํ๋จ๋ฐฉ๋ฅ ํน์ฑ์ ๊ดํ ์คํ์ ์ฐ๊ตฌ
ํ์ผ์a*ใ์ตํฅ์bใ์ด์งํaใ๋์ฑ๋ฏผa
a์ผํ๊ฑด์คํ๊ฒฝ(์ฃผ), b์์ง๋ํ๊ต ๊ฑด์ค์์คํ ๊ณตํ๊ณผ
์ ์ง
์ฐ์ง์๋ฌธ์ ๋ฐฉ๋ฅ๋ ๊ณ์ฐ์ ํ์ํ ์๋ฆฌํ์ ๋ณ์๋ ์ ๋๊ณ์, ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ , ์๋ฅ์์ฌ์ด๋ค. ์๋์๋ฌธ์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ๋ ๋๋จธ์ง ๋ณ์์๋ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น
๊ธฐ ๋๋ฌธ์, ์ด์ ์ค ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ์ ๊ฑฐ๋์ ์์ธกํ๋ ๊ฒ์ ์ ๋ฐํ ์๋ฌธ์ค๊ณ๋ฅผ ์ํด ๋งค์ฐ ์ค์ํ๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ถ๋ ฅ์ ์ฐ์ง์๋ฌธ ๋ชจํ์ ๋์์ผ๋ก
๋ถ๋ ฅ์ด๋ก ์ผ๋ก ๊ณ์ฐํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ์ ์คํ์์ ๋ฐฉ๋ฅ ์ค์ ์ธก์ ํ ๊ฐ๊ณผ์ ๊ด๊ณ๋ก ๋ถํฐ, ์์์ ์๋ฅ์์ฌ์์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ๋ฅผ ์์ธกํ ์ ์๋ ๋ฌด์ฐจ์ ๊ด
๊ณ์์ ๋์ถํ์๋ค. ์ธก์ ๊ฐ์ด ๊ณ์ฐ ๊ฐ๊ณผ ์ฐจ์ด๊ฐ ๋๋ ๊ฒ์ ๋์์ ํ์ค์ ์ํ ์ํฅ์์ ์๋ ฅ๊ณ์๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ฒ์ฆํ์๋ค. ์ ๋๊ณ์๋ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ
๊ณผ์ ๋ฌด์ฐจ์ ๊ด๊ณ์์ ๋์ถํ์๋ค. ๋์ถ๋ ๊ด๊ณ์๋ค์ ํ์์ถ์ ์ ์ ์ฉํ ๊ฒฐ๊ณผ, ์๋ฌธ์ค๊ณ ์์๋ ๋์์ ํ์ค์ผ๋ก ์ธํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ ์ต์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ์ถฉ๋ถ
ํ ๊ณ ๋ คํ์ฌ์ผ ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋์๋ค.
ํต์ฌ์ฉ์ด: ์ ๋๊ณ์, ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ , ๋ถ๋ ฅ์ ์ฐ์ง์๋ฌธ, ๋์์ ํ์ค, ์๋ ฅ๊ณ์
ยฉ 2018 Korea Water Resources Association. All rights reserved.
*Corresponding Author. Tel: +82-31-553-7053
E-mail: [email protected] (I. Y. Han)
I. Y. Han et al. / Journal of Korea Water Resources Association 51(5) 405-415406
์ด ์ฐ์ง ์๋์๋ฌธ์ ๋ฐฉ๋ฅํน์ฑ์ด ์๋์ ์ฐ์ง์๋ฌธ๊ณผ ๋ค๋ฅธ ์ ์
์ ๋์ ๋ฐ๋ผ์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ํฌ๊ธฐ์ ์ฆ๊ฐ๊ณผ ์๋ฌธ๊ฐํ๊ฐ ์๋์ผ
๋ก ์ด๋ฃจ์ด์ง๋ค๋ ๊ฒ์ด๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์๋์๋ฌธ์ ์ด์ ์ค ์๋ฌธ๊ฐ
๋ฐฉ๊ณ ์ ๊ฑฐ๋๊ณผ ์๋๊ฐํ ์์ ์ ์์ธกํ๋ ๊ฒ์ ์ ๋ฐํ ์๋ฌธ์ค
๊ณ๋ฅผ ์ํด ๋งค์ฐ ์ค์ํ๋ค. ํ๋ฆ์ด ์ ์ง๋์๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ๋ฉด, ์
์์ ์ํ์ ๋ถ๋ ฅ์ด๋ก ์ ์ํ ๋ถ๋ ฅ์๋ฌธ์ ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ๋ ์ด๋ ต์ง
์๊ฒ ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค. ๋ง์ฝ, ์ ์ง๋ ์ ์ฒด์์์ ๋ถ๋ ฅ์๋ฌธ์ ๊ฐ
๋ฐฉ๊ณ ์ ํ๋ฆ์ด ๋ฐ์ํ ๋์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ์์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ์ ์ ์
๋ค๋ฉด, ๋ฐฉ๋ฅ ์ ์์์ ์์ฌ์ ๋ฐ๋ฅธ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ์ญ์ ๊ตฌํ ์
์์ ๊ฒ์ด๋ค. ํ๋ฆ์ฅ์์์ ์๋์๋ฌธ ๊ฐ๋ฐฉ์ ๊ฑฐ๋์ ์ดํดํ
๊ธฐ ์ํด์๋ ์๋ฌธ์ ์์ฉํ๋ ํ์ ์ดํดํด์ผ ํ๋ค. ํ๋ฆ์ด ์
์ง๋์ด ์๋ค๊ฐ ์๋ฌธ์ ํ๋จ์ผ๋ก ๋ฐฉ๋ฅ๊ฐ ์์๋๋ฉด ์๋ฌธ ์ ๋จ์
ํฌํจํ ์ฃผ๋ณ์ ์๋ ฅ ์ฐจ์ด๋ก ์ธํ ๋์์ ํ์ค ๊ฐ ๋ฐ์ํ๊ฒ ๋
์ด, ์๋ฌธ์ ์ง๋์ ์ ๋ฐํ๊ณ , ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์ ์ต์ ํ๋ ํจ๊ณผ๋ก ์
์ฉํ์ฌ ์๋ฌธ ์ด์์ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๊ฒ ๋๋ค(Erbisti, 2004). ๋
์์ ํ์ค์ ๊ดํ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ฃผ๋ก ๋ฐฉ๋ฅ ์ ์๋ฌธ์ ์ง๋์ผ๋ก ์ธํ
์์ ์ฑ ํ๊ฐ๋ ์๋ฌธ์ธ์์ ์ํ ๊ถ์๊ธฐ์ ๋๋ ฅ์ฐ์ ์ ์ํด์
์ํ๋์ด ์๋ค. Naudascher et al. (1964)์ ์ฐ์ง์๋ฌธ ๋ฐ๋ฅ๋ฉด
์ ์์ฉํ๋ ๋์์ ํ์ค์ ์ด๋ก ์ ์ผ๋ก ์ ๋ํ์๋ค. Sagar
(1977)๋ ๋์์ ํ์ค์ ์์ธกํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ, ์๋ฌธ
์ ๋จ์ ํ์, ์๋ฌธ๋น ๋ฐ๋ฅ๋ฉด๊ณผ ์ํ๋ฉด๊ณผ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋ณ์๋ก ํ
๋ ๊ฒฝํ์์ ๋ฐํํ์๋ค. Aydin et al. (2006)์ ๋์์ ํ์ค์
์์ธกํ๊ธฐ ์ํ์ฌ, ์๋ฌธ๋ฐ๋ฅ๋ฉด๊ณผ ํํ์ด ์ด๋ฃจ๋ ๊ฐ๋์ ์๋ฌธ
๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ์์ ํจ์๊ด๊ณ์์ ์ ๋ํ๋๋ฐ ์๋ ฅ๊ณ์๋ฅผ ์ด์ฉํ์
๋ค. ์ด์ ๊ฐ์ ์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ๋ค์ ๊ณตํต์ ์ ์ฐ์ง์๋ฌธ ๋ฐฉ๋ฅ ์, ์๋ฌธ
๊ฐ๋ฐฉ์ ์ต์ ํ๋ ํ์ด ๋ฐ์ํ๋ฉฐ, ๊ทธ ํฌ๊ธฐ๋ ์๋ฌธ์ ๋จ์ ํ์
๊ณผ ์๋ฌธ์ ํ๋จ๋ฐฉ๋ฅ ์กฐ๊ฑด์ ์ข์ฐ๋๋ค๋ ๊ฒ์ด๋ค. ํํธ, ์๋ฌธ๊ฐ
๋ฐฉ๊ณ ์ธ์ ๋ฐฉ๋ฅ๋ ๊ณ์ฐ์ ํ์ํ ์ธ์๋ ์ ๋๊ณ์์ด๋ค. ์ฐ์ง
์๋ฌธ์ ์ ๋๊ณ์ ์ฐ์ ์์ ์ด๋ก ์ , ์คํ์ ์ธ ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ ๋ํ
๋ฅผ ์ด์ฉํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ํด์ ์ฐ๊ตฌ๋์ด ์๋ค. Henry (1950)๋ ์
๋ฌธ์ ๋จ์ด ์๊ฐ์ ๊ฐ์ง ์ฐ์ง์๋ฌธ ๋ชจํ์คํ์ ํตํ์ฌ ์์ ํ๋ฆ
๊ณผ ์์คํ๋ฆ ์กฐ๊ฑด์์์ ์๋ฅ์์ฌ๊ณผ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ์ ๋น์จ์ ๋ฐ
๋ฅธ ์ ๋๊ณ์ ์ฐ์ ๋ํ๋ฅผ ์ ์ํ์๋ค. Henderson (1966)์ ์
์ถ๊ณ์๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์์ ํ๋ฆ๊ณผ ์์คํ๋ฆ์์์ ์ ๋๊ณ์ ์ฐ
์ ์์ ์ด๋ก ์ ์ผ๋ก ์ ๋ํ์๋ค. Swamee (1992)๋ Henry
(1950)์ ์ ๋๊ณ์ ์ฐ์ ์์ ๋์์ผ๋ก ๋น์ ํ ํ๊ท๋ถ์์ ํต
ํ์ฌ ์์ ํ๋ฆ๊ณผ ์์คํ๋ฆ์์์ ์ ๋๊ณ์ ์ฐ์ ์์ ์ ์ํ
์๋ค. Han et al. (2017)์ ์ ํ์ฐ๊ตฌ์์ ๋ถ๋ ฅ์น๊ฐ์ ์ฐ์ง์๋ฌธ
์ ํ์์์กฐ์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํด์ ์ ์์ ์ํ์ ๋ถ๋ ฅ์ด
๋ก ์ ์ํด ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๊ณ ํ์์ถ์ ์ ์ํํ ๋ฐ ์๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ๋ชจํ์คํ์ ํตํ์ฌ, ๋ถ๋ ฅ์ ์ฐ์ง์๋ฌธ์ ํ๋ฆ์ฅ
์์ ์๋ฌธ ๋ฐฉ๋ฅ ์, ์์์ ์์ฌ์์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ๋ฅผ ์์ธกํ๊ณ ,
๋ฐฉ๋ฅ๋์ ์ฐ์ ํ๊ธฐ ์ํด์ ์ํ๋์๋ค. ์ ์์ ์ํ์ ๋ถ๋ ฅ
์ด๋ก ์ผ๋ก ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๊ณ , ์คํ์ผ๋ก ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ๋ฅผ
์ธก์ ํ์ฌ, ์ฐจ์ํด์์ผ๋ก๋ถํฐ ์ ๋ํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ์ ์ด์ฉํ
์ฌ ๋ฌด์ฐจ์ ๊ด๊ณ์์ ๋์ถํ์๋ค. ์๋ ฅ๊ณ์๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๋์
์ํ์ค์ ๊ณ์ฐํ๊ณ , ์๋ฌธ๋น ์ ์๊ธธ์ด๋ฅผ ์ธก์ ํ์ฌ ๊ณ์ฐํ ์
์ํ์ค๊ณผ ๋น๊ตํ์ฌ, ์คํ๊ฐ์ด ๋์์ ํ์ค์ ํจ๊ณผ์์ ๊ฒ์ฆ
ํ์๋ค. ์ ๋๊ณ์ ์ญ์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ๊ณผ์ ๋ฌด์ฐจ์ ๊ด๊ณ์์ ๋
์ถํ์๋ค. ๋์ถ๋ ๊ด๊ณ์๋ค์ ์น์ฑ์ฒ ํ์์ถ์ ์ ์ ์ฉํ์ฌ,
๋์์ ํ์ค์ ๊ณ ๋ คํ์ง ์์ ๊ฒฝ์ฐ(Han et al., 2017)์ ํ์
์กฐ์ ํจ๊ณผ์ ๋น๊ตํ์๋ค.
2. ์ด๋ก ์ ๋ฐฐ๊ฒฝ
2.1 ์ด์ ์ค ์ฐ์ง์๋ฌธ์ ์์ฉํ๋ ํ
์์ค์์ ์์ ํ ๋ซํ์๋ ์๋ฌธ์ ์ํ๋ ฅ์ผ๋ก ๊ท ํ์ ์ด
๋ฃจ๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ์ฐ์ง๋ฐฉํฅ์ผ๋ก๋ ๋ถ๋ ฅ๋ง์ด ์์ฉํ๋ค. ์๋ฌธ์ด ๋ถ
๋ถ์ ์ผ๋ก ๊ฐ๋ฐฉ๋๋ฉด, ์ด๋ฌํ ๊ท ํ์ ๊นจ์ง๊ฒ ๋๊ณ , ์๋ฌธ์ ํต๊ณผ
ํ๋ ์ ์์ด ์ฆ๊ฐํ๋ฉด ์๋ฌธ ์ฃผ๋ณ์๋ ์๋ ฅ์ ๋ณํ๊ฐ ๋ฐ์ํ๋ค
(Fig. 1). ์ด์ ์ค์ ์๋ฌธ์ ์์ฉํ๋ ํ์ Eq. (1)๊ณผ ๊ฐ์ด, ์๋ฌธ
์์ค, ๋ถ๋ ฅ, ๋์์, ๋ง์ฐฐ๋ ฅ์ด๋ค(Erbisti, 2004). ์ด ์ค์์ ๋ง
์ฐฐ๋ ฅ์ ์ํ๋ ฅ๊ณผ ๋ง์ฐฐ๊ณ์์ ๊ณฑ์ ํด๋นํ๋ฉฐ, ์ํ๋ฐฉํฅ์ ๋
์ผํ๊ฒ ์์ฉํ ๊ฒ์ด๋ฏ๋ก, ๋๋จธ์ง ํ์ ๋ํด์๋ง ๊ณ ๋ คํ๊ธฐ๋ก
ํ๋ค.
(1)
์ฌ๊ธฐ์, ๋ ์ด ํ์ค, ๋ ์๋ฌธ ์์ค, ๋ ๋ถ๋ ฅ, ๋ ๋์์
ํ์ค, ๋ ๋ง์ฐฐ ํ์ค(์๋ฌธ ์ง์ง๋์ ์ง์๋ถ์ ์ ์ด๋ฉด)์ด๋ค.
Gate weight
Buoyancyforce
Hydrostaticforce
Frictionforce
HydrodynamicForce (Downpull)
Horizontal Reaction force
๏ฟฝ๏ฟฝ, ๏ฟฝ๏ฟฝ
EGL
๏ฟฝ1, ๏ฟฝ1
๏ฟฝ12/2
๏ฟฝ๏ฟฝ, ๏ฟฝ๏ฟฝ
๏ฟฝ๏ฟฝ2/2
e
d
Fig. 1. Operating forces and discharge of vertical lift gate
I. Y. Han et al. / Journal of Korea Water Resources Association 51(5) 405-415 407
2.1.1 ์๋ฌธ ์์ค
์๋ฌธ์ ์์ค์ ์๋ฌธ์ ๋ถํผ์ ๋จ์์ค๋์ ๊ณฑํ์ฌ ์ฐ์ถํ๋ค.
ร ร ร (2)
์ฌ๊ธฐ์, ๋ ์๋ฌธ์ ํ์ค(kg), ์ ์๋ฌธ์ ๊ธธ์ด(m), ๋
์๋ฌธ์ ํญ(m), ๋ ์๋ฌธ์ ๋์ด(m), ๋ ์๋ฌธ์ ๋จ์์ค๋
(kN/m3) ์ด๋ค.
2.1.2 ๋ถ๋ ฅ
๋ถ๋ ฅ์ ํฌ๊ธฐ๋ ์๋ฌธ์ด ๋ฌผ์ ์ ๊ธด ์ฒด์ ์ ํด๋นํ๋ ๋ฌผ ๋ฌด๊ฒ
์ ๊ฐ๋ค(Kim, 1998).
(3)
์ฌ๊ธฐ์, ๋ ๋ถ๋ ฅ(kN), ๋ ๋ฌผ์ ๋จ์์ค๋(kN/m3), ๋ ์
๋ฌธ์ด ๋ฌผ์ ์ ๊ธด ์ฒด์ (m3)์ด๋ค.
2.1.3 ๋์์ ํ์ค
ํ๋ฆ์ฅ์ ์ ์์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ๋์์ ํฌ๊ธฐ๋ ์ปค์ง๊ฒ ๋๋ฉฐ,
์ด๋ ์๋ ฅ์ ์ฐจ์ด๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํจ๋ค. ์๋ฌธ๋น ๋ฐ๋ฅ๋ฉด์ ๋ฐ์ํ๋
์๋ก ๋ค๋ฅธ ์๋ ฅ์ ํํฅ์์ฉ๋ ฅ(๋์์ ํ์ค)์ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ฉฐ,
Eq. (4)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค(Erbisti, 2004).
(4)
์ฌ๊ธฐ์, ๋ ๋์์ ํ์ค(kN), ๋ ๋ฌผ์ ๋จ์์ค๋(kN/m3),
๋ ์๋ฌธ ๋ฐ๋ฅ๋ฉด์ ๋์ด(m2), ๋ ์๋ฌธ ๋ฐ๋ฅ๋ฉด์ ์์ฉํ๋
์๋(m), ๋ ์๋ ฅ๊ณ์()์ด๋ค. ์ฌ๊ธฐ์, ๋ ์
๋ฌธ ๋ฐ๋ฅ๋ฉด๊ณผ ํ๋ฅ ์์ถ๋ถ์ ์๋ ฅ์ฐจ, ๋ ๋ฐ๋(kg/m3), ๋ ํ
๋ฅ ์์ถ๋ถ์ ์ ์(m/s)์ด๋ค. ์๋ ฅ๊ณ์๋ ๊ด์ฑ๋ ฅ์ ๋ํ ์๋ ฅ
์ ์๋์ ์ธ ๋น๋ฅผ ์๋ฏธํ๋ฉฐ, ๋ถ๋ชจ, ๋ถ์๋ฅผ ๋จ์์ค๋ ๋ก ๋๋
์ผ๋ก์จ ์ผ๋ก ๋ํ๋ผ ์๋ ์๋ค. Table 1์ Fig. 1
์์์ ์๋ฌธ์ฃผ๋ณ์ ํ๋ฆํน์ฑ๊ณผ ์๋ ฅ๊ณ์์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ
์ด๋ค. ์๋ฌธ์ฃผ๋ณ์ ํ๋ฆํน์ฑ์ ์๋ฌธ ํ๋ฅ์์ถ๋ถ๋ฅผ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก
ํ์ ๋, ์๋ฌธ์ ๋จ๊ณผ ํ๋ฅ์์ถ๋ถ์ ํ๋ฆํน์ฑ์ด ๊ฐ์ผ๋ฉด ์๋ ฅ
๊ณ์๋ 0์ด๋ฉฐ, ๋์์ ํ์ค์ ๋ฐ์ํ์ง ์๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์๋ฌธ
์ ๋จ์ ์๋ ๊ฐ ํ๋ฅ ์์ถ๋ถ์ ์๋ ๋ณด๋ค ์ปค์ง๊ณ , ํ๋ฅ ์
์ถ๋ถ์ ์ ์ ๊ฐ ์๋ฌธ์ ๋จ์ ์ ์ ๋ณด๋ค ๋นจ๋ผ์ง๋ฉด, ์๋ ฅ๊ณ
์ ๋ ์์ ๊ฐ์ ๊ฐ์ง๋ฉฐ(Rober et al., 1996), ํํฅ์ผ๋ก ๋์ด
๋ด๋ฆฌ๋ ํ์ด ์์ฉํ๋ค. ๋ฐ๋์ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ์ํฅ์ผ๋ก ์์ฉํ๋
ํ์ ์๋ฏธํ๋ค(Erbisti, 2004).
2.2 ์ฐ์ง์๋ฌธ์ ๋ฐฉ๋ฅ๋ ๊ณ์ฐ
์ฐ์ง์๋ฌธ์ ์์ ํ๋ฆ ์กฐ๊ฑด(Fig. 1)์์์ ํ๋จ ๋ฐฉ๋ฅ๋์
๋ฒ ๋ฅด๋์ด ๋ฐฉ์ ์๊ณผ ์ฐ์๋ฐฉ์ ์์ ์ ์ฉํ์ฌ ์ ๋ํ Eq. (5)๋ฅผ
์ด์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค(Navid et al., 2011).
(5)
์ฌ๊ธฐ์, ๋ ๋จ์๋ฉด์ ๋น ์ ๋, ๋ ์ค๋ ฅ๊ฐ์๋, ์ ์๋ฅ์
์ฌ, ๋ ์ ๋๊ณ์์ด๋ฉฐ, ํ๋ฆ์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ผ ๋ฌ๋ผ์ง๋ค. Henry
(1950)๋ Eq. (5)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ ๋๊ณ์๋ฅผ ์คํ์ ์ผ๋ก ์ฐ์ ํ
์ฌ ์ ๋๊ณ์ ๊ณก์ ์์ ๊ตฌํ์๋ค. Henderson (1966)์ ์์ถ๊ณ
์๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ Eq. (6)์ ์ด๋ก ์ ์ผ๋ก ์ ๋ํ์๋ค.
(6)
์ฌ๊ธฐ์, ๋ , ๋ ์์ถ๊ณ์( )์ด๋ค. Swamee
(1992)๋ Henry (1950)์ ์ ๋๊ณ์ ์ฐ์ ๊ณก์ ์ ๋์์ผ๋ก ๋น
์ ํ ํ๊ท๋ถ์์ ํตํ์ฌ ์์ ํ๋ฆ ์กฐ๊ฑด์์์ ์ ๋๊ณ์๋ฅผ ์ฐ
์ ํ ์ ์๋ Eq. (7)์ ์ ์ํ์๋ค.
(7)
2.3 ์ฐจ์ํด์
2.3.1 ์๋ ฅ๊ณ์
์ฐ์ง์๋ฌธ์ ํ๋จ์ ํต๊ณผํ๋ ๋น์์ถ์ฑ ์ ์ฑ์ ์ฒด์ ํ๋ฆ์
๋ํ๋ด๋ ๋ฌผ๋ฆฌ๋ ์ฌ์ด์๋ ํ์์ ๋ํ๋ด๋ ์ ํ๊ด๊ณ๋ฅผ ํฌํจ
ํ์ฌ Eq. (8)๊ณผ ๊ฐ์ ํจ์๊ด๊ณ๊ฐ ์๋ค(Sohn et al., 1992).
โ (8)
์ฌ๊ธฐ์, ๋ ์ ์ , ๋ ๋ฐ๋ , โ๋ ์๋ ฅ๊ฐํ
Table 1. Relation of operating force and pressure coefficient with
velocity and piezometric head
Piezometric
headVelocity
Pressure
coefficient,
Hydrodynamic
force
Downpull force
-
Lift force
I. Y. Han et al. / Journal of Korea Water Resources Association 51(5) 405-415408
, ๋ ์ค๋ ฅ๊ฐ์๋ , ์ ํ๋ฆ์กฐ๊ฑด ,
์ ๊ทธ ์ธ ๊ธธ์ด ์ฐจ์์ ๊ฐ๋ ํ๋ฆ ๋ฐ ์๋ฌธ์ ํ์์กฐ
๊ฑด์ด๋ค. Buckingham์ PI ์ ๋ฆฌ์ ์ํ์ฌ ๋ฐ๋ณต๋ณ์๋ฅผ ์ ์ ,
๋ฐ๋ , ๊ธธ์ด ๋ก ์ค์ ํ๊ณ ๋ฌด์ฐจ์ ๋ณ์์ ํจ์ํ์ผ๋ก ํํํ
๋ฉด Eq. (9)๋ฅผ ์ป์ ์ ์๋ค.
โ
(9)
์ฌ๊ธฐ์, โ๋ ๋์์ผ๋ก ํํํ๋ฉด โ์ธ ์๋ ฅ
๊ณ์ ๊ฐ ๋๋ค. ๋ Froude ์์ด๋ฉฐ, ์ค๋ ฅ์ด downpull
ํจ๊ณผ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ๋ฏธ๋ฏธํ๋ฏ๋ก ๋ฌด์ํ ์ ์๋ค(Murray et
al., 1966). ๋ Reynolds ์ ์ด๋ค. , , ,
, , ๋ผ๊ณ ๋์ผ๋ฉด, Eq. (9)๋ Eq. (10)๊ณผ ๊ฐ์ด
๋๋ค.
โ
(10)
์ฌ๊ธฐ์, ๋ ์๋ฌธํํ์ ์ค์ปคํธ ๊ธธ์ด, ๋ ์๋ฌธ๋น์ ๋๊ป์ด๋ฉฐ
(Fig. 1), ๋ฌด์ฐจ์ ์ ๋ ์๋ฌธ์ ๊ธฐํํ์ ํ์๋น, ๋ฌด์ฐจ์ ์
๋ ํ๋ฆ์กฐ๊ฑด๊ณผ ์๋ฌธ์ ๊ธฐํํ์ ํ์๋น, ๋ฌด์ฐจ์์
์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ, ๋ฌด์ฐจ์ ์ ๋ ์ ์์จ()์ ๋ํ๋ธ๋ค.
Eq. (10)์ ์๋ ฅ๊ณ์ ์ ๊ดํ์ฌ ์ ๋ฆฌํ๋ฉด, Eq. (11)์ด ๋๋ค.
โ
โ
(11)
Eq. (11)์ Reynolds ์, ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ, ์ ์์จ, ๊ธฐํํ์ ํ
์๋น์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ์๋ ฅ๊ณ์ ์ ๊ด๋ จ์ํฌ ์ ์์์ ๋ณด์ฌ์ฃผ๋
๊ฒ์ด๋ค. ๋ณธ ์คํ์์๋ , ยฐ๋ก ์ผ์ ํ๋ฏ๋ก,
Eq. (12)์ ๊ฐ์ด ์๋ ฅ๊ณ์ , ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ , ์ ์์จ ์
๊ด๊ณ๋ฅผ ๊ตฌํ๊ธฐ๋ก ํ๋ค.
(12)
2.3.2 ์ ๋๊ณ์
Fig. 2์ ๊ฐ์ด ๊ด๋ฆฌ์์ฌ์ ๋ก ์ค์ ํ ๋ถ๋ ฅ์ ์ฐ์ง์๋ฌธ์
ํต๊ณผํ๋ ์ ๋์ Eq. (13)๊ณผ ๊ฐ์ด ๋ฌผ๋ฆฌ๋์ ํจ์๊ด๊ณ๋ก ํํ
ํ ์ ์๋ค(Navid et al., 2011).
(13)
์ฌ๊ธฐ์, ๋ ๋จ์๋ฉด์ ๋น ์ ๋ , ๋ ์ค๋ ฅ๊ฐ์๋ ,
๋ ์๋ฅ์์ฌ , ๋ Fig. 2(c)์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ์ด๋ค.
Buckingham์ PI ์ ๋ฆฌ์ ์ํ์ฌ ๋ฐ๋ณต๋ณ์๋ฅผ ์ ์ผ๋ก ์ค
์ ํ๊ณ ๋ฌด์ฐจ์ ๋ณ์์ ํจ์ํ์ผ๋ก ํํํ๋ฉด Eq. (14)๋ฅผ ์ป์
์ ์๋ค.
(14)
์์ ํ๋ฆ ์กฐ๊ฑด์ ์ฐ์ง์๋ฌธ์์ ์ ๋๊ณ์๋ Eq. (5)์ ๊ฐ์ด
์ด๋ฏ๋ก, ์ ๋๊ณ์ ๋ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ ๋ง์
ํจ์๋ก ํํํ ์ ์๊ฒ ๋๋ค(Eq. (15)). ํจ์ํ ๋ ํด์์ด๋
์คํ์ ํตํ์ฌ ๊ฒฐ์ ํ ์ ์๋ค.
(15)
Wg
Fb
โณy1
ygโ
Wg
Fb
H
โณy1
ygโโ
Wg
Fb
Fd
y0
Hs
H
Hs
Fs
y1
Fs
d
e
a) Gate closedyโg=f(Wg, Fb, Fs)=0
c) Gate partly openyโโg=f(Wg, Fb, Fs)โ โณy1
b) Gate partly openyโg=f(Wg, Fb, Fs)=โณy1
Fig. 2. Concept of gate opening with gate operating forces
I. Y. Han et al. / Journal of Korea Water Resources Association 51(5) 405-415 409
2.4 ์์ฉ๋ ฅ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ถ๋ ฅ์ ์๋ฌธ์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ
Fig. 2๋ ๋ถ๋ ฅ์ ์ฐ์ง์๋ฌธ์ ์์ฉ๋ ฅ์ ๋ฐ๋ฅธ ์๋ ๋ฐฉ๋ฅ๋ฅผ ๋ณด
์ฌ์ฃผ๋ ๊ฐ๋ ๋์ด๋ค. Fig. 2(a)๋ ๊ด๋ฆฌ์์ฌ ์ ๋๋ฌํ ๊ทธ๋ฆผ์ด
๋ฉฐ, ์๋ฌธ์์ค, ๋ถ๋ ฅ, ์ ์์์ด ์์ฉํ๋ค. ์๋ฌธ์ ๊ฐ๋ฐฉ๋์ง ์
๋๋ค. Fig. 2(b)๋ ์ ๋์ด ์ฆ๊ฐํ์ฌ ๊ด๋ฆฌ์์ฌ ์ดํ โ๋งํผ
์ฆ๊ฐํ๋ฉด, ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ โฒ๋ โ๊ณผ ๊ฐ๋ค(Eq. (16)). ๋ถ๋ ฅ์ด ์ผ
์ ํ๋ฏ๋ก ์๋ฌธ๋น์ ์ ์์จ()์ ์ ๋์ ์ฆ๊ฐ์ ๊ด๊ณ์์ด ์ผ
์ ํ๋ค.
โฒ โ (16)
Fig. 2(c)๋ ์ ์์ ๋์ ๋์์์ ๊ณ ๋ คํ ๊ฒฝ์ฐ์ด๋ฉฐ, ์๋ฌธ
๊ฐ๋ฐฉ๊ณ โฒโฒ๋ โ์ ๊ฐ์ง ์์ผ๋ฉฐ, ์๋ฌธ๋น์ ์ ์์จ ๋ ๋ณ
ํ๊ฒ ๋๋ค. ๋ค์ ์ ๋์ด ๊ฐ์ํ์ฌ ๊ด๋ฆฌ์์ฌ์ ๋๋ฌํ๋ฉด ์๋ฌธ
์ด ์๋์ ์ผ๋ก ๋ซํ๋ฉด์ ๊ด๋ฆฌ์์ฌ์ ์ ์งํ๊ฒ ๋๋ค. Fig. 2(b)
์์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ โฒ๋ ์ด๋ ต์ง ์๊ฒ ๊ณ์ฐํ ์ ์์ผ๋ฏ๋ก, Fig.
2(c)์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ โฒโฒ๋ฅผ ์คํ์ ์ผ๋ก ๊ตฌํ๊ณ , โฒ์์ ๊ด๊ณ๋ฅผ
๊ตฌํ๋ฉด, ์์์ ์์ฌ์ ๋ฐ๋ฅธ โฒโฒ๋ฅผ ์์ธกํ ์ ์๋ค.
3. ๋ชจํ์คํ
3.1 ์คํ์ฅ์น ๊ตฌ์ฑ ๋ฐ ์ ์
๋จ์์ฃผ์ ๊ตฌ์ด์ฒ ์๋ฅ ๊ณ๊ณก๋ถ์ ์ง์ฌ๊ฐํ ๋จ๋ฉด์ ์๋ก๋ฅผ
์ค์นํ์๋ค. ์คํ์๋ก๋ ์ ์ ์๋ก, ์ฃผ์๋ก, ๋ฐฐ์ถ์๋ก๋ก ๊ตฌ์ฑ
๋๋ฉฐ, ์ด ๊ธธ์ด๋ 18.22 m, ํญ์ 0.19~1.0 m, ๋์ด๋ 0.5 m, ๊ฒฝ์ฌ
๋ 0.048์ด๋ค. ์ ์ ์์ ์์ ์ ์ธ ํ๋ฆ์ ์ ๋ํ๊ณ , ์ ๋์
์ธก์ ํ๊ธฐ ์ํด์ ์ ์ ์๋ก ํ๋จ์ ๋์ด 0.19 m์ ์๋ฅ๋์
์ค์นํ์๋ค. ์น๊ฐ์์๋ฌธ์ ์ ์ ๋ ๋ฌผ์ ์ ๋ฅํ๋ ์ญํ ์ ํ
๋ฉฐ, ์๋ฅ์์ฌ์ ์ธก์ ํ๋ ๊ตฌ์ญ์ด๊ธฐ๋ ํ๋ค. ์ํฌ๋ฆด๋ก ์ ์๋
(a) The view of inflow through overflow spillway (b) The front view of lift and floating gate
(c) The rear view of lift and floating gate (d) The view of discharge and measurement
Fig. 3. The view of experiment system
Table 2. Dimensions of model experimental apparatus
DimensionWaterway
Overflow spillway Lift gateFloating gate
Inflow Main Discharge Total Gate leaf Skin plate
Length, w (m) 6.37 10.85 1.0 18.22 1.0 1.0 0.173 0.173
Width, d (m) 1.0 1.0 0.19 - 0.2 (crest = 0.1) 0.03 0.138 0.029
Height, H (m) 0.5 0.19 0.34 0.080 0.180
Slope 0.048 - - t = 2.0 mm
I. Y. Han et al. / Journal of Korea Water Resources Association 51(5) 405-415410
๋ถ๋ ฅ์ ์ฐ์ง์๋ฌธ์ ์น๊ฐ์ ์๋ฌธ ์์ ์์นํ ์ ๋ฐฉ์๋ก ๋ด์
์ค์นํ์ฌ, ์ ๋ฅ๋ ์ ์ ์๊ฐ ๊ด๋ฆฌ์์ฌ์ ์ด๊ณผํ๋ฉด ๋ฐฉ๋ฅ๋๋ค.
์์ฐ์ ์ผ๋ก ํ๋ฅด๋ ๊ณ๊ณก์๋ฅผ ์ ์ ์๋ก ํ์ฉํ๊ณ , ๋ฐฐ์ถ์๋
๊ทธ๋๋ก ๋ฐฉ๋ฅํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ณ๋์ ์ ๋ฅ์กฐ, ํํ, ์ํ๋ฐฐ๊ด์ ์ค
์น๊ฐ ํ์์๋ค. Fig. 3์ ์คํ์์ค ์ ๊ฒฝ์ ๋ณด์ฌ์ฃผ๊ณ ์๋ค. ์คํ
์๋ก, ์๋ฅ๋, ์๋ฌธ์ ์ ์์ Table 2์ ๋ํ๋ด์์ผ๋ฉฐ, Fig. 4
๋ ๋ถ๋ ฅ์ ์๋ฌธ์ ํ์๊ณผ ๋ฌผ์ฑ์ ๋ณด์ฌ์ฃผ๊ณ ์๋ค.
3.2 ์คํ๋ฐฉ๋ฒ
3.2.1 ์ธก์ ๊ธฐ๊ตฌ
์ ์๊ณผ ์์ฌ์ธก์ ์ ๊ฐ๊ฐ ์ ์๊ณ ๋ฐ ํฌ์ธํธ ๊ฒ์ด์ง๋ฅผ ์ฌ์ฉํ
์๋ค. ์ ์๊ณ๋ 2์ฐจ์ ์ ์์ ์ ์๊ณ์ธ ์ผ๋ณธ KENEK์ฌ์์
์ ์ํ VP1200์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๋ณธ ์คํ์์๋ ์๋ฉด์์ 60%
์ง์ ์ ์ธก์ ํ๋ 1์ ๋ฒ์ผ๋ก ์ธก์ ํ์์ผ๋ฉฐ, 20์ด์ ์๊ฐ๊ฐ๊ฒฉ
์ ์ค์ ํ์ฌ ํ๊ท ์ ์์ ์ธก์ ํ์๋ค. ์์ฌ ์ธก์ ์ ํฌ์ธํธ ๊ฒ
์ด์ง๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ, ์๋ก ๋ฐ๋ฅ์์ ์๋ฉด๊น์ง์ ๋์ด๋ฅผ ์ธก์ ํ
์๋ค. ์ธก์ ๋ฒ์๋ 0~410 mm์ด๋ฉฐ ์ธก์ ๋จ์๋ 1.0 mm์ด๋ค.
3.2.2 ์ธก์ ์์น ๋ฐ ๋ฐฉ๋ฒ
์์ฌ๊ณผ ์ ์์ ์ถฉ๋ถํ ํต์์๊ฐ ์ ์ง ํ, ์์ฌ์ด ์์ ๋์
๋ค๊ณ ํ๋จ๋ ์์ ์ ์ธก์ ํ์๋ค. ์์ฌ๊ณผ ์ ์ ์ธก์ ์ง์ ์ ๋
์ผํ๋ฉฐ, ์๋ก๋จ๋ฉด์ ์ก์์ธ์์ด ๊ฐ๋ฅํ๋๋ก ๋ฏธ๋ฆฌ ์ธก์ ์ ํ
์ํ์ฌ ์ ํํ ์ง์ ์ ๋ํ ์ธก์ ์ด ๋ ์ ์๋๋ก ํ์๋ค.
์์ฌ๊ณผ ์ ์์ ์ธก์ ํ ๋จ๋ฉด์ Fig. 5์ ๊ฐ์ด โ ์๋ฅ๋ ์๋ฅ
์ง์ โก์น๊ฐ์์๋ฌธ ์ง์๋ฅ๋ถ ์์ ํ ์ง์ , โข๋ถ๋ ฅ์ ์๋ฌธ ๊ฐ
๋ฐฉ๊ตฌ, โฃ๋ถ๋ ฅ์ ์๋ฌธ ํ๋ฅ๋ถ ์์ถ๋จ๋ฉด ์ง์ ์ด 4๊ฐ ์ง์ ์ด๋ค.
โ ์๋ฅ๋ ๋จ๋ฉด์์๋ ์ ์๊ณผ ์์ฌ์ ์ธก์ ํ์ฌ ์ ๋์ ๊ณ์ฐํ
๋ฉฐ Eq. (17)์ ์ด์ฉํ์๋ค(Bruner, 2016).
sec (17)
์ฌ๊ธฐ์, ๋ ์ ๋, ์ ๋์ ๊ธธ์ด, ๋ ์๋ฅ์์ฌ, ๋ ์๋ฅ๋
์ ์ ๋๊ณ์์ด๋ค. ์ ๋๊ณ์ ๋ฅผ ๊ตฌํ๊ธฐ ์ํด์, ์๋ฅ์์ฌ๊ณผ
์ ์์ ์ธก์ ํ์ฌ ์ ๋์ ๊ณ์ฐํ๊ณ , Eq. (17)์ ์ด์ฉํ์ฌ
์ ๊ตฌํ์๋ค. โก์น๊ฐ์์๋ฌธ ์ง์๋ฅ๋ถ ๋จ๋ฉด์์๋
์๋ฅ์์ฌ ์ ์ธก์ ํ๋ค. โข๋ถ๋ ฅ์ ์๋ฌธ ๊ฐ๋ฐฉ๊ตฌ ๋จ๋ฉด์์๋
์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ โฒโฒ๊ณผ ์ ๋๊ณ์ ์ฐ์ ์ ํ์ํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ
๊ณ โฒโฒ๋ฅผ ์ธก์ ํ๊ณ , ์๋ ฅ๊ณ์ ์ฐ์ ์ ํ์ํ ์๋ฌธ๋น ๋ฐ๋ฅ
๋ฉด์ ์๋ ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๋ค. ๋ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ โฒโฒ์ ํํ์ค์ปคํธ
์ ๊ธธ์ด ๋ฅผ ๋ํ ๊ฐ์ด๋ค( โฒโฒ ). ์๋ฌธ๋น ๋ฐ๋ฅ๋ฉด์ ์
๋ ฅ์๋๋ 0์ด๋ผ ๊ฐ์ ํ์ฌ, ์์น์๋๋ง์ ๊ณ ๋ คํ์๋ค. ์๋ฌธ๋น
์ ์๊ธธ์ด ๋ ์๋ฅ์์ฌ์์ ์๋ฌธ๋น ๋ฐ๋ฅ๋ฉด์ ์๋๋ฅผ ๋บ ๊ฐ
์ด๋ค( ). โฃ๋ถ๋ ฅ์ ์๋ฌธ ํ๋ฅ๋ถ ์์ถ๋จ๋ฉด์์๋
์๋ ฅ๊ณ์ ์ฐ์ ์ ์ํ ์์ถ๋จ๋ฉด์ ์ ์ ๊ณผ ์์ฌ ๋ฅผ ์ธก
์ ํ๋ค.
3.3 ์คํ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๋ถ์
๋ณ์ ์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋ฌด์ฐจ์ ๋ณ์ ๊ณ์ฐ๊ฒฐ๊ณผ๋ Table 3์ ์ ๋ฆฌ
ํ์๋ค.
ฮฑ = 90
H= 0
.08 m
y0 = 0.128 m
โข Volume = 0.00267 m3
โข Specific gravity = 0.1โข Mass = 0.000267 kgโข Buoyancy = 0.002625 kNโข e/d ๏ฟฝ 0.72
0.029 m
d = 0.138 m
e = 0
.1 mt = 2.0 mm
Fig. 4. Dimensions and physical properties of floating gate floating
gate
Fig. 5. Locations of water depth and velocity measurement
I. Y. Han et al. / Journal of Korea Water Resources Association 51(5) 405-415 411
3.3.1 ๋ถ๋ ฅ์ ์ฐ์ง์๋ฌธ์ ์๋๊ฐํ
Fig. 6์ ์ ์ ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์๋ฅ์์ฌ๊ณผ ์๋ฌธ๊ฐํ, ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ
์ ๋ณํ์์์ ๋ณด์ฌ์ฃผ๊ณ ์๋ค. ๋ฌผ์ด ์ ์ ๋๋ ์ด๊ธฐ์๋ ๊ด๋ฆฌ
์์ฌ 0.128 m๊น์ง๋ ์๋ฌธ์ ๊ฐ๋ฐฉ๋์ง ์์ผ๋ฉฐ, ์ดํ๋ถํฐ ์ ์ฐจ
์ฆ๊ฐํ๋ค๊ฐ, ์ต๋ 0.108 m๊น์ง ๊ฐ๋ฐฉ๋์๋ค. ์ดํ ์ ์ ๋์ด ๊ฐ
์๋๋ฉด์ ์๋ฅ์์ฌ์ ๊ด๋ฆฌ์์ฌ 0.128 m์ ๋๋ฌ๋๋ฉฐ, ๊ด๋ฆฌ์
์ฌ ๋ฏธ๋ง์ผ๋ก๋ ๋ ์ด์ ๊ฐ์๋์ง ์๋๋ค. ์ด์ ๊ฐ์ด ๊ด๋ฆฌ์์ฌ
๋ฒ์ ๋ด์์ ์ ์ ๋์ ์ฆ๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ์๋ฌธ์ ๊ฐํ๊ฐ ์๋์ผ๋ก
์ด๋ฃจ์ด์ง์ ํ์ธํ์๋ค.
3.3.2 ๋ถ๋ ฅ์ ์ฐ์ง์๋ฌธ์ ๊ฐ๋ฐฉํน์ฑ
Fig. 7์ ์๋ฅ๋์ ์๋ฅ์์์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ๋์ ๋ณํ๋ฅผ Eq. (17)
์ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐํ ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค. Fig. 8์ ์ ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์๋ฅ์์ฌ,
์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ , ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ์ ๋ณํ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ฃผ๋ ๊ทธ๋ฆผ์ด๋ค. ์๋ฌธ
๊ฐ๋ฐฉ์จ์ ์ต๋๊ฐ์ 0.415์ด๋ค.
Fig. 9๋ ์๋ฅ์์ฌ์ ๋ฐ๋ฅธ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ์ ๊ดํ ๊ทธ๋ฆผ์ด๋ฉฐ,
Eq. (16)์ ์ํด ๊ณ์ฐ๋ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ์ ์คํ์ ์ํด ์ธก์ ๋ ์
๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ๋ฅผ ๋น๊ตํ์ฌ ๋ณด์ฌ์ฃผ๊ณ ์๋ค. Eq. (16)์ ์ํด ๊ณ์ฐ๋
์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ๋ ๊ด๋ฆฌ์์ฌ์ ์ด๊ณผํ๋ฉด์ ๋ถํฐ ์ ํ์ ์ผ๋ก ์ฆ๊ฐ
Table 3. Measured variables and calculated dimensionless variables ( = 0.128 m)
No.
Measured variables Calculated dimensionless variables
Section 1 Section 2 Section 3 Section 4
(m)
(m3/s)
(m)
โฒโฒ
(m)
(m)
(m)
(m/s)
(m)โฒ โฒโฒ
โฒโฒ
1 0.015 0.0037 0.146 0.020 0.120 0.026 1.71 0.015 0.123 0.137 0.325 0.704 0.579
2 0.018 0.0049 0.152 0.026 0.126 0.026 1.77 0.018 0.158 0.171 0.325 0.676 0.574
3 0.019 0.0053 0.164 0.028 0.128 0.036 1.85 0.019 0.220 0.171 0.450 0.624 0.556
4 0.028 0.0095 0.194 0.046 0.146 0.048 2.03 0.028 0.340 0.237 0.600 0.561 0.551
5 0.032 0.0114 0.210 0.054 0.154 0.056 2.10 0.035 0.390 0.257 0.700 0.529 0.544
6 0.037 0.0145 0.222 0.068 0.168 0.054 2.15 0.040 0.423 0.306 0.675 0.543 0.535
7 0.039 0.0157 0.232 0.072 0.172 0.060 2.21 0.045 0.448 0.310 0.750 0.510 0.535
8 0.051 0.0236 0.260 0.108 0.208 0.052 2.46 0.069 0.508 0.415 0.650 0.452 0.504
9 0.041 0.0170 0.228 0.080 0.180 0.048 2.25 0.050 0.439 0.351 0.600 0.506 0.523
10 0.020 0.0057 0.164 0.030 0.130 0.034 1.82 0.020 0.220 0.183 0.425 0.651 0.561
11 0.016 0.0041 0.152 0.022 0.122 0.03 1.73 0.017 0.158 0.145 0.375 0.688 0.568
0 00.026
0.0460.068
0.108 0.080
0.0300.0220 00
0.128
0.1460.152
0.164
0.1940.210
0.2220.232
0.260
0.228
0.164
0.152
0.128
0.128
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Q (
m3/s
ec)
Yg (
m), y
1 (
m)
Number of measurements
Q
y1
Fig. 6. Automatic gate opening and closing with flow rates and
management water depth
y = 2.05x1.5
Rยฒ = 1
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
q (
m2/s
ec)
h (m)
Fig. 7. Flow rates with overflow water depths at overflow spillway
0.1460.152
0.1940.210
0.2220.232
0.2600.228
0.164
0.028 0.046 0.054
0.068
0.108
0.080
0.030
0.022
0.137
0.171
0.2370.257
0.306
0.310
0.415
0.351
0.183
0.145
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025
y1 (m
),
y gโ(m
) and y
gโ /y
1
q (m2/sec)
ygโ/y1
x y1yg
โ
Fig. 8. โฒโฒ, , โฒโฒ with flow rates
I. Y. Han et al. / Journal of Korea Water Resources Association 51(5) 405-415412
ํ๋ฉฐ, ์ธก์ ๊ฐ์ ์์ฌ ์ฝ 0.16 m ์ดํ๋ถํฐ ๊ณ์ฐ ๊ฐ๋ณด๋ค ์์ ๊ฐ
์ ๋ณด์ธ๋ค.
Fig. 10์ Eq. (16)์ ์ํด ๊ณ์ฐํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ โฒ ๊ณผ ์คํ
์ ํตํด ์ธก์ ํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ โฒโฒ๊ณผ์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ฃผ๋ ๊ทธ
๋ฆผ์ด๋ฉฐ, ๊ด๊ณ์์ Eq. (18)๊ณผ ๊ฐ๋ค. ๊ด๋ฆฌ์์ฌ ์ ์ค์ ํ๋ฉด,
Eq. (16)์ ์ํด ์์์ ์๋ฅ์์ฌ ์ ๋ํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ โฒ ์
๊ตฌํ ํ์, Eq. (18)์ ์ด์ฉํ๋ฉด, ๋์์์ด ๋ฐ์๋ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ
โฒโฒ๊ณผ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ โฒโฒ๋ฅผ ๊ตฌํ ์ ์๋ค.
โฒโฒ ร โฒร โฒ (18)
์๋ฌธ๋น ์ ์์จ์ ์๋ฌธ์ ์ฐ์ง๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ์์ฉํ๋ ํ์ค์
์ง์ ์ ์ผ๋ก ๋ณด์ฌ์ฃผ๋ ์ง์์์ด๋ค. ๋ถ๋ ฅ์ ์๋ฌธ๋ชจํ์ ์ ์ง์
์ฒด์์ ์๋ฌธ๋น ์ ์์จ์ 0.10์ด๊ณ , 0.0026 kN์ ๋ถ๋ ฅ์ด ์์ฉ
ํ๋ค. ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ์ด ์งํ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ์๋ฌธ๋น ์ ์์จ์ 0.325~
0.750๋ก ์ฆ๊ฐํ์์ผ๋ฉฐ(Fig. 11), ๋ฌผ์ ์ ๊ธด ๋ถ๋ถ์ ๋ฌผ์ ํ์ค
์ผ๋ก ๊ณ์ฐํ๋ฉด 0.0085~0.0197 kN์ด๋ค(Fig. 12). ๋ชจํ์๋ฌธ์
๋ถ๋ ฅ์ ํฌ๊ธฐ๋ 0.0026 kN์ผ๋ก ์ผ์ ํ๋ฏ๋ก, 0.0059~0.0171
kN ๋งํผ์ ๋ค๋ฅธ ํ์ด ์์ฉํ์์์ ์ ์ ์๋ค. Eq. (19)๋ ์
์์จ๊ณผ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๋ฅ ์ ๊ด๊ณ์์ด๋ค.
ร โฒโฒร โฒโฒ (19)
3.3.3 ํ์ค๊ณ์ฐ์ ์ํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ ํน์ฑ ๋ถ์
(1) ์๋ ฅ๊ณ์
Fig. 13๊ณผ ๊ฐ์ด, ์๋ ฅ๊ณ์๋ 1.0์์ ์ถ๋ฐํ์ฌ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ
์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฝ 0.4๊น์ง ๊ฐ์ํ๋ ์์์ ๋ณด์ธ๋ค. ์๋ฌธ๊ฐ
๋ฐฉ์จ 0.42๊น์ง ์ด๋ฏ๋ก, Table 1์์ ๋ณด์ฌ์ค ๊ฒ๊ณผ ๊ฐ์ด,
์คํ๋์ ์๋ฌธ๋น ๋ฐ๋ฅ๋ฉด์ ์ ์์ ํ๋ฅ ์์ถ๋ถ๋ณด๋ค ๋๋ฆฌ๋ฉฐ,
์์ฉ ์๋๋ ํฌ๋ฏ๋ก, ํํฅ์ผ๋ก ๋์ด๋ด๋ฆฌ๋ ํ์ด ์์ฉํ ๊ฒ์ด
๋ผ๋ ๊ฒ์ ์ ์ถํ ์ ์๋ค. ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ๊ณผ ์๋ ฅ๊ณ์์์ ๊ด๊ณ
๋ Fig. 14์ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ, ๊ด๊ณ์์ Eq. (20)๊ณผ ๊ฐ๋ค.
ร โฒโฒร โฒโฒ
(20)
ร โฒโฒ
(2) ๋์์ ํ์ค
์๋ ฅ๊ณ์๋ฅผ Eq. (4)์ ๋์ ํ์ฌ ๋์์ ํ์ค์ ๊ณ์ฐํ์๋ค.
๋์์ ํ์ค์ 0.0156~0.0184 kN์ผ๋ก ๊ณ์ฐ๋์๋ค. Fig. 15๋
์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋์์ ํ์ค๊ณผ ์ ์ํ์ค์ ๋ณด์ฌ์ฃผ๊ณ ์๋ค.
์ ์ํ์ค์ Fig. 9์์์ ๊ฐ์ด ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ๊ณ์ฐ ๊ฐ๊ณผ ์ธก์ ๊ฐ
์ด ์ฐจ์ด๊ฐ ๋๊ธฐ ์์ํ๋ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ 0.16 ์ดํ์ ๊ฐ๋ค์ ๋น๊ต
0.0200.026
0.028
0.0460.054
0.0680.072
0.108
0.080
0.0180.024
0.036
0.066
0.082
0.094
0.104
0.132
0.1
0.036
0.024
y = x - 0.128
Rยฒ = 1
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
Gate
openin
gs,
yg (
m)
Upstream water depths, y1 (m)
Calculated by Eq. 16, ygโ
Measured gate opening, ygโ
Fig. 9. Gate openings with upstream water depths
Fig. 10. Gate openings with upstream water depths
0.33 0.33
0.45
0.60
0.70 0.68
0.75
0.65 0.60
0.43 0.38
0.10
y = -2.3583x2 + 2.4533x + 0.1
Rยฒ = 0.8438
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Subm
erg
ed r
atios,
Rs
Gate opening ratios, ygโ/y1
Fig. 11. Relations with gate opening ratios
0.0085
0.0118
0.0184
0.0177
0.0197
0.0171
0.0158
0.0112
0.0098
0.0026
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Subm
erg
ed w
ate
r lo
ads,
Ws
(kN
)
Submerged ratios, Rs
Fig. 12. Submerged water loads with submerged ratios
I. Y. Han et al. / Journal of Korea Water Resources Association 51(5) 405-415 413
ํ์๋ค. ๋์์ ํ์ค๊ณผ ์ ์ํ์ค์ ๊ฐ์ด ์ฐจ์ด๊ฐ ๋๋ ์ด์ ๋
์๋ฌธ๋น ๋ฐ๋ฅ๋ฉด์ ์๋ ฅ์๋๋ฅผ 0์ผ๋ก ๊ฐ์ ํ๊ณ ์์น์๋๋ง์
์ ์ฉํ ๊ฒ๊ณผ ์ค์ ๋ ์๋ฌธ๋น ๋ฐ๋ฅ๋ฉด์์๋ ์๋ ฅ์ด ๊ณ ๋ฅด๊ฒ ์์ฉ
ํ์ง ์์ ์ด์ ๋๋ฌธ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด์ธ๋ค. Eq. (1)์ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ณ
์ฐ๋ ๋ฐฉ๋ฅ ์ค ์๋ฌธ์ ์์ฉํ๋ ์ ์ฒด ํ์ค์ 0.0166~0.0194 kN
์ด๋ฉฐ Fig. 16์ ๋ํ๋ด์๋ค. ์ ๋์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์๋ฌธ๋น ํ
๋ถ์ ์๋ฌธ ํ๋ฅ ์์ถ๋ถ์ ์๋ ฅ์ฐจ์ด ์ฆ๊ฐ๋ก ๊ฐ๋ฐฉ๊ตฌ์ ์ ์์ด
์ฆ๊ฐํ๋ ํ์์ ์๋ ฅ๊ณ์๋ฅผ ๊ฐ์์ํค๊ณ , ๋์์ ํ์ค์ ์ฆ
๊ฐ์์ผ, ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์ ์ต์ ํ๋ ํจ๊ณผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค.
3.3.4 ๋ฐฉ๋ฅํน์ฑ
(1) ์ ๋๊ณ์
์ ๋๊ณ์๋ Eq. (5)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐํ์๊ณ , ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ๊ณผ
์ ๋๊ณ์์ ๊ด๊ณ๋ Fig. 17๊ณผ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ, ๊ด๊ณ์์ Eq. (19)์ ๊ฐ
์ด ๋์ถํ์๋ค.
ร โฒโฒ (21)
๋ถ๋ ฅ์ ์๋ฌธ์ ์ ๋๊ณ์๋ Henderson (1966, Eq. (6))๋ณด๋ค
๋ ์์ ๊ฐ์ ๋ณด์ด๋ฉฐ, Swamee (1992, (Eq. (7))๋ณด๋ค๋ ์กฐ๊ธ ํฐ
0.7050.676
0.6250.562
0.529
0.543
0.5100.452
0.506
0.652
0.688
y = -4.3032x3 + 5.5588x2 - 2.8671x + 1
Rยฒ = 0.9538
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Pre
ssure
coeff
icie
nts
, Cp
Gate opening ratios, ygโ/y1
e/d = 0.72
ฮฑ = 90ยฐ
Fig. 13. Pressure coefficients with gate opening ratios
y = 0.5893x2 - 1.1148x + 1
Rยฒ = 0.8672
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Pre
ssure
coeff
icie
nts
, Cp
Submerged ratios, Rs
e/d = 0.72
ฮฑ = 90ยฐ
Fig. 14. Pressure coefficients with submerged ratios
0.0165
0.0156
0.0160
0.0159
0.0178
0.0171
0.0184
0.0164
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Fd (
kN
), W
s (k
N)
Gate opening ratios, ygโ/y1
Submerged water load, Ws (kN)
Downpull force, Fd (kN)
Fig. 15. Downpull forces and submerged water loads with gate
opening ratios
Fig. 16. Operating forces with gate opening ratios
Fig. 17. Discharge coefficients with gate opening ratios
y = 0.636x0.273
Rยฒ = 0.9293
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Dis
charg
e c
oeff
icie
nt, C
d
Pressure coefficient, Cp
e/d = 0.72
ฮฑ = 90ยฐ
Fig. 18. Discharge coefficients with pressure coefficients
I. Y. Han et al. / Journal of Korea Water Resources Association 51(5) 405-415414
๊ฐ์ ๋ณด์ธ๋ค. ์ด์ ๊ฐ์ ์ฐจ์ด๊ฐ ๋๋ ์ด์ ๋ ์ ๋๊ณ์๋ ์๋ฌธ
์ ํ์์ ๋ฐ๋ผ ๋ค๋ฅธ ๊ฐ์ ๋ณด์ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ๊ณตํต์ ์ผ๋ก๋
0.6~0.5 ๋ฒ์์์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ๋ ์
์์ ๋ณด์๋ค. Fig. 18์ ์ ๋๊ณ์์ ์๋ ฅ๊ณ์์์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ณด
์ฌ์ฃผ๊ณ ์๋ค.
(2) ๋ฐฉ๋ฅ๋ ๊ณ์ฐ
Fig. 19์์์ ๊ฐ์ด ์ ๋๊ณ์ ์ฐ์ ์์ ๋ฐฉ๋ฅ๋ ๊ณ์ฐ๊ฒฐ๊ณผ์
์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณด์ด์ง ์๋ ๋ฐ๋ฉด, ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ๋ ํฐ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณด์ธ๋ค.
Fig. 20์ ๋ฐฉ๋ฅ๋ ๊ณ์ฐ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ๊ณผ์ ๊ด๊ณ๋ก ๋ํ๋ธ
๊ณก์ ์ด๋ค. ๋ง์ฐฌ๊ฐ์ง๋ก ๋ฐฉ๋ฅ๋์ ์ ๋๊ณ์๋ณด๋ค ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ
์ ๋ฐ๋ผ ํฐ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ํ๋ด๋ฉฐ, ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ 2.0 ์ดํ์๋ Eq.
(18)์ ์ ์ฉํ ๋ฐฉ๋ฅ๋์ด Eq. (16)๋ณด๋ค ๋ ๊ธํ ๋ณํ๋ฅผ ๋ณด์ธ๋ค.
4. ํ์์ถ์ ์ ์ฉ
์น์ฑ์ฒ ์ค์๋ฅ์ 50๋ ๋น๋์ ๊ฐ์ฐ์ ์ถ๋์ด ์ ์ ๋ ๊ฒฝ์ฐ
(Chungnam, 2008), 3๋จ ๋ฐฐ์น ๋ถ๋ ฅ์์๋ฌธ์ ์ํ ํ์์กฐ์
ํจ๊ณผ๋ฅผ ์ ๋ฅ์ง์๋ฒ๊ณผ Muskingum ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ถ์ํ
์๋ค. Table 4๋ ์๋ฌธ๊ธธ์ด์ ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ์กฐ์ ์ ๋ฐ๋ฅธ ํ์์ ์ถ ์
๊ฐ๋๊ณผ ์ง์ฒด์๊ฐ์ ๋น๊ตํ ๊ฒ์ด๋ค. ์๋ฌธ์กฐ์ ์ ํ์์๊ฐ ์
๋ฐฉ๊ณ ์ 70%๋ฅผ ์ด๊ณผํ์ง ์๋ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ํ์๋ค. Fig. 21์ Eq.
(16)์ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ์ ์ ์ถ์๋ฌธ๊ณก์ ์ด๋ฉฐ,
Fig. 22๋ Eq. (18)์ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐํ ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค. Eq. (18)์
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
Calc
ula
ted d
isch
arg
e, Q
out
(m3/s
)
Upstream water depths, y1 (m)
Floating gate, 2017 (yg)
Henderson 1966 (yg)
Swamee, 1992 (yg)
Floating gate, 2017 (yg')
ygโ
ygโ
Fig. 19. Calculated discharges with upstream water depths
0.000
0.010
0.020
0.030
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Calc
ula
ted d
isch
arg
e, Q
out
(m3/s
)
Gate opening ratios, Rg
Floating gate, 2017 (yg/y1)
Henderson 1966 (yg/y1)Swamee, 1992 (yg/y1)
Floating gate, 2017 (yg'/y1)
ygโ/y1
ygโ/y1
Fig. 20. Calculated discharges with gate opening ratios
Table 4. Flood routing results with gate lengths and openings (inflow = 189.3 m3/s)
Gate control & resultsFlood routing by Eq. (16) Flood routing by Eq. (18)
1st gate 2nd gate 3rd gate 1st gate 2nd gate 3rd gate
Gate
control
Gate length (m) 27.0 17.0 12.0 10.0 29.0 21.0
Max. gate opening (m) 0.87 1.09 1.19 3.0 (full open) 1.12 1.17
Peak water depths (m) 2.2 2.7 3.0 2.1 2.8 3.0
Flood attenuations (m3/sec) 9.89 22.83 51.42 6.68 24.52 59.22
Lag time (min.) 0 10.2 20.4 5.4 10.2 20.4
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Gate
openin
g, yg (
m)
time (h)
1st Gate opening
2nd Gate opening
3rd Gate opening
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Flo
od w
ate
r depth
, y1 (m
)
time (h)
1st gate
2nd gate
3rd gate
3rd Embankment
2nd Embankment
1st Embankment
0.0
40.0
80.0
120.0
160.0
200.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Flo
od d
isch
arg
e (
m3/s
ec)
time (h)
Inflow1st gate2nd gate3rd gate
(a) Gate openings with time (b) Flood water depths with time (c) Flood discharge with time
Fig. 21. Flood water depths and discharge with gate openings (Eq. (16))
I. Y. Han et al. / Journal of Korea Water Resources Association 51(5) 405-415 415
์ด์ฉํ ๊ฒฝ์ฐ, ์ถฉ๋ถํ ํต์๊ฐ ์ด๋ฃจ์ด์ง์ง ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ถ์๋
์๋ค. ์ด์ ๋ฐ๋ผ ํ์์ ์ 35๋ถ ๊ฒฝ๊ณผ ํ, ์ต์๋ฅ์ ์์นํ ์ฒซ
๋ฒ์งธ ์๋ฌธ์ ๋ํด์ ์ฝ 1์๊ฐ ๋์ ์๋ฌธ์ ์์ ๊ฐ๋ฐฉํ์ฌ ํ์
์๋ฅผ ์ ๊ฐ์ํจ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ฃผ๊ณ ์๋ค(Fig. 22). ์ด์ ๊ฐ์ ๊ฒฐ๊ณผ
๋ ์๋ฌธ์ค๊ณ ์ ๋์์ ํ์ค์ผ๋ก ์ธํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ ์ต์ ํจ๊ณผ๋ฅผ
์ถฉ๋ถํ ๊ณ ๋ คํ์ฌ์ผ ํจ์ ์์ฌํด ์ฃผ๊ณ ์๋ค.
5. ๊ฒฐ ๋ก
๋ถ๋ ฅ์ ์ฐ์ง์๋ฌธ์ ๋ชจํ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ, ์ ์์ ์ํ์ ๋ถ๋ ฅ์ด
๋ก ์ ์ํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ๊ณผ ์ธก์ ์ ์ํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ์ ๊ด๊ณ๋ก
๋ถํฐ, ์์ ํ๋ฆ ์ํ์ ์์ ์๋ฅ์์ฌ์์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ๋ฅผ ์
์ธกํ ์ ์๋ ๋ฌด์ฐจ์ ๊ด๊ณ์์ ๋์ถํ์๋ค. ์๋ ฅ๊ณ์๋ฅผ ์ด์ฉ
ํ์ฌ ์ด๋ก ๊ณผ ์ธก์ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ๊ณ ์ ์ฐจ์ด๋ ๋์์์ ์ํ ํจ๊ณผ์
์ ๊ฒ์ฆํ ์ ์์๋ค. ์ ๋๊ณ์๋ 0.57~0.55 ๋ฒ์์์ ๋ณํํ
์์ผ๋ฉฐ, ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ์จ๊ณผ์ ๋ฌด์ฐจ์๋ณ์ ๊ด๊ณ์์ ๋์ถํ ์ ์
์๋ค. ๋์ถ๋ ๊ด๊ณ์๋ค์ ํ์์ถ์ ์ ์ ์ฉํ ๊ฒฐ๊ณผ, ์ถฉ๋ถํ ํต
์๊ฐ ์ด๋ฃจ์ด์ง์ง ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ถ์๋์ด, ์๋ฌธ์ ์ ์ค๊ณ ์์
๋ ๋์์ ํ์ค์ผ๋ก ์ธํ ์๋ฌธ๊ฐ๋ฐฉ ์ต์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ์ถฉ๋ถํ ๊ณ ๋ คํ
์ฌ์ผ ํจ์ ์ ์ ์์๋ค. ๋ณธ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ ์๋ฌธ๋น์ ๋๊ป()์
ํํ์ค์ปคํธ์ ๊ธธ์ด() ๋น์จ ์ด๊ณ , ์๋ฌธ๋น ๋ฐ๋ฅ๋ฉด
๊ณผ ํํ์ด ์ด๋ฃจ๋ ๊ฐ๋ ยฐ์ผ ๊ฒฝ์ฐ์ ์ ์ฉํ ์ ์๋ค. ํฅ
ํ์๋ ๋ค์ํ ํ์๋น๋ฅผ ๊ฐ์ง ์๋ฌธ์ ๋์์ผ๋ก ์์นํด์์
์ค์ํ์ฌ, ์ต์์ ๋์์ ํ์ค๊ณผ ์ต๋์ ๋ฐฉ๋ฅ๋์ ๊ตฌํํ ์
์๋ ์ต์ ์ ํ์๋น ๋ฅผ ๋์ถํ ํ์๊ฐ ์๋ค.
๊ฐ์ฌ์ ๊ธ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ๊ฑด์ค๊ตํต๋ถ ๋ฌผ๊ด๋ฆฌ์ฐ๊ตฌ์ฌ์ ์ ์ฐ๊ตฌ๋น์ง์(๊ณผ
์ ๋ฒํธ15AWMP-C104709-01)์ ์ํด ์ํ๋์์ต๋๋ค.
References
Aydin, I., Telci, I., and Dundar, O. (2006). โPrediction of downpull
on closing high head gates.โ Journal of Hydraulic Research
IAHR, Vol. 44, No. 6, pp. 822-831.
Bruner, G. W. (2016). HEC-RAS river analysis system: hydraulic
reference manual. CPD-69, US Army Corps of Engineers,
Hydrologic Engineering Center, pp. 8.12-13.
Chung Nam Provincial Government (2008). Fundamental planning
report in Chiseong river, No. 4, pp. 3-78. (in Korean)
Erbisti, P. C. (2004). Design of hydraulic gates. Tokyo: A.A Balkema
Publishers.
Fluent, A. N. S. Y. S. (2011). ANSYS fluent userโs guide, release
14.0. PA: ANSYS Fluent.
Han, I. Y., Choi, H. S., Lee, J. H., and Ra, S. M. (2017). โThe
performance of the floating and lift type movable weir for
automatic water level control at middle and upper stream of
tributary river.โ Journal of Korean Society of Hazard Mitigation,
Vol. 17, No. 2, pp. 481-493. (in Korean)
Henderson, F. M. (1966). Open channel flow. Macmillan, New York.
Henry, H. R. (1950). โDiscussion: diffusion of submerged jet.โ
Transactions of the American Society of Civil Engineers, Vol.
115, pp. 687-697.
Kim, K. H. (1998). Hydraulics. Bosunggak, pp. 65-67, pp. 432-434,
pp. 444-445, p. 495. (in Korean)
Murray, R. I. (1966). Hydraulic downpull forces on large gates.
Naudascher, E., Kobus, H., and Rao, R. P. R. (1964). Hydrodynamic
analysis for high-head leaf gates.
Oskuyi, N. N., and Salmasi, F. (2012). โVertical sluice gate discharge
coefficient.โ Journal of Civil Engineering and Urbanism, Vol.
2, No. 3, pp. 108-114.
Robert, L. S., Gary, Z. W., and John, K. V. (1996). Elementary fluid
mechanics 7th edition. John Wiley & Sons, p. 519.
Sagar, B. (1977). Downpull in high-head gate installations, Parts 1, 2,
3. Water Power Dam Construct, (3), 38-39; (4), 52-55; (5), 29-35.
Sohn, B. J., Maeng, J. S., Lee, S. H. (1992). Fluid mechanics. Hweo
jung dang, pp. 522-553. (in Korean)
Swamee, P. K. (1992). โSluice-gate discharge equations.โ Journal of
Irrigation and Drainage Engineering, Vol. 118, No. 1, pp. 56-60.
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Gate
openin
g, yg (m
)
time (h)
1st Gate openingFully open
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Flo
od w
ate
r depth
, y1 (
m)
time (h)
Ist gate2nd gate3rd gate
3rd Embankment
2nd Embankment
1st Embankment
0.0
40.0
80.0
120.0
160.0
200.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Flo
od d
isch
arg
e (
m3/s
ec)
time (h)
Inflow
Ist gate
2nd gate
3rd gate
(a) Gate openings with time (b) Flood water depths with time (c) Flood discharge with time
Fig. 22. Flood water depths and discharge with gate openings (Eq. (18))